基于 Proteus 的直流电机闭环调速系统设计
I
摘 要
在工业自动控制系统和各种智能产品中常常会用用电动机进行驱动、传动和控
制，而现代智能控制系统中，对电机的控制要求越来越精确和迅速，对环境的适应
要求越来越高。
本设计以 AT89C51 单片机为核心，基于 Proteus 单片机仿真软件，完成了直流
电机的转速自动测量及转速调节功能。在设计中采用 PWM 技术和 PID 控制技术对电
机进行控制，并且利用数码管设计的人机界面系统显示转速的设定值及实际值，通
过应用 PID 算法对占空比的计算达到精确调速的目的。还利用了 Visual Basic6.0
编程软件编写了一个简单的上位机软件，显示实际转速的变化情况，对 PID 参数的
整定提供依据。
关键词：Proteus，AT89C51，PID，PWM 调速，Visual Basic 6.0
基于 Proteus 的直流电机闭环调速系统设计
目 录
第一章 绪论 ....................................................................................................1
1.1 直流电机闭环调速系统背景 .............................................................................1
1.2 本设计实现的基本功能 .....................................................................................1
1.3 设计目的及意义 ..................................................................................................1
第二章 总体规划 .............................................................................................2
2.1 直流电机控制原理及特点 .................................................................................2
2.2 直流电机调速控制方式选择 .............................................................................2
2.3 PWM 脉宽调制方式............................................................................................3
2.4 电机实际转速的获取 .........................................................................................3
2.5 总体设计框图 ......................................................................................................4
2.6 上位机界面设计 .................................................................................................4
第三章 硬件设计 .............................................................................................5
3.1 AT89C52 芯片介绍 .............................................................................................6
3.2 电机驱动电路设计 .............................................................................................7
3.3 按键模块设计 .....................................................................................................7
3.4 数码管显示模块设计 .........................................................................................8
3.5 串口电路设计 .....................................................................................................8
第四章 软件设计 .............................................................................................9
4.1 主程序 .................................................................................................................9
4.2 定时器 0 中断服务程序 ...................................................................................10
4.3 PID 控制输出程序..........................................................................................10
第五章 硬件与软件联合调试
5.1 运行时速度设定值与实际值 ...........................................................................12
5.2 运行时直流电机转动情况 ...............................................................................12
5.3 运行时上位机运行情况 ...................................................................................12
基于 Proteus 的直流电机闭环调速系统设计
参考文献........................................................................................................13
致 谢.............................................................................................................14
附 录.............................................................................................................15
基于 Proteus 的直流电机闭环调速系统设计
- 1 -
第一章 绪 论
1.1 直流电机闭环调速系统背景
对直流电机转速的控制即可采用开环控制,也可采用闭环控制。与开环控制相
比,速度控制闭环系统的机械特性有以下优越性：闭环系统的机械特性与开环系统
机械特性相比,其性能大大提高;理想空载转速相同时,闭环系统的静差率（额定负
载时电机转速降落与理想空载转速之比）要小得多;当要求的静差率相同时, 闭环
调速系统的调速范围可以大大提高。
1.2 本设计实现的基本功能
（1）按键设定并显示转速，实时显示实际转速
（2）按键控制电机起停、正反转
（3）PWM 转速闭环控制。
（4）上位机转速实时曲线显示
1.3 设计目的及意义
本课程是机械电子工程本科专业的重要实践课程，是《单片机原理与应用》
课程的一个综合性、设计性的实践环节。通过这门课程的学习与实践，能够提出
基于单片机的机电系统的设计思路、论证设计方案；熟悉单片机系统开发、研制
的过程，软硬件设计方法和设计步骤；初步学会设计单片机系统软硬件设计及调
试的方法，具备技术实现能力；基本上能够处理实践过程中出现的问题并提出解
决办法；提高理论付诸于实践的能力，提高工程设计能力和处理实际问题的能力，
开发和创新能力。
基于 Proteus 的直流电机闭环调速系统设计
- 2 -
第二章 总体规划
2.1 直流电机控制原理及特点
对直流电机转速的控制即可采用开环控制,也可采用闭环控制。与开环控制相
比,速度控制闭环系统的机械特性有以下优越性：闭环系统的机械特性与开环系统
机械特性相比,其性能大大提高;理想空载转速相同时,闭环系统的静差率（额定负
载时电机转速降落与理想空载转速之比）要小得多;当要求的静差率相同时, 闭环
调速系统的调速范围可以大大提高。直流电机的速度控制方案如图 1 所示。
+
-
图 1 直流电机速度控制方案
2.2 直流电机调速控制方式选择
2.2.1 电阻网络或数字电位器
采用电阻网络或数字电位器调整电动机的分压，从而达到调速的目的。但是
电阻网络只能实现有级调速，而数字电阻的元器件价格比较昂贵。更主要的问题
在于一般电动机的电阻很小，但电流很大；分压不仅会降低效率，而且实现很困
难。
2.2.2 继电器
采用继电器对电动机的开或关进行控制，通过开关的切换对小车的速度进行
调整。这个方案的优点是电路较为简单，缺点是继电器的响应时间慢、机械结构
易损坏、寿命较短、可靠性不高。
2.2.3 H 桥组成的高电压大电流双全桥式驱动芯片
驱动电路
调节器
直流电机
测速装置
转速设定值
偏差
转速输出
